液滴の変形能を利用した微生物スクリーニングによるバイオマス分解酵素遺伝子の取得

• 研究課題/領域番号: 18K05330
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37020:生物分子化学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 飯塚 怜 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90541954)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 液滴 / マイクロ流体デバイス / 酵素 / スクリーニング

研究成果の概要

環境中の99%以上の微生物は，現在の技術では培養が困難な微生物（難培養性微生物）である．難培養性微生物が産生する酵素は新たな酵素資源として大きな可能性を秘めているが，培養に依存した探索ではそれらにアクセスすることは難しい．研究代表者は，培養を介さずに液滴内で微生物一細胞の酵素活性を評価し，その遺伝子を取得する方法を開発してきた．本研究では，この方法の適用範囲を拡大すべく，液滴の変形能を利用した多糖類ハイドロゲル分解微生物のスクリーニング法を確立した．またこのスクリーニング法を利用し，海水中から新規アガロース分解酵素遺伝子の取得に成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界で6番目の広さの海洋に囲まれる我が国では，安定的に大量供給が可能で食糧と競合しないリグノセルロース系バイオマス（セルロース，ヘミセルロース，リグニンなど）とともに，海藻バイオマス（アガロース，アルギン酸，フコイダンなど海藻多糖類）の有効利用が重要である．海藻多糖類はエタノールなどのエネルギー原料のみならず，付加価値の高い生理活性分子に変換可能である．しかし，海藻多糖類を効率よく分解できる酵素の報告は少ない．本研究で確立したスクリーニング法を駆使することで，優れた海藻多糖類分解酵素の取得が可能となる．

研究成果

• [雑誌論文] Inside or out? Clonal thiotrophic symbiont populations occupy deep-sea mussel bacteriocytes with pathways connecting to the external environment (2021)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Ikuta, Yuka Amari, Akihiro Tame, Yoshihiro Takaki, Miwako Tsuda, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu, Takao Yoshida
  • 雑誌名: ISME Communications 巻: 1 号: 1 ページ: 38-38
  • DOI: 10.1038/s43705-021-00043-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterogeneous dissociation process of truncated RNAs by oligomerized Vasa helicase. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi Kinoshita, Ryo Murakami, Nao Muto, Shintaro Kubo, Ryo Iizuka, Sotaro Uemura
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 1386-1386
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02918-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photo-reactive oligodeoxynucleotide-embedded nanovesicles (PROsomes) with switchable stability for efficient cellular uptake and gene knockdown (2020)
  • 著者名/発表者名: Beob Soo Kim, Mitsuru Naito, Rimpei Kamegawa, Hyun Jin Kim, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu, Shingo Ueno, Takanori Ichiki, Akihiro Kishimura, Kanjiro Miyata
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 56 号: 66 ページ: 9477-9480
  • DOI: 10.1039/d0cc01750g
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ・マイクロデバイスと1分子検出顕微鏡を用いた生体分子の機能解析と新機能創生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 雑誌名: YAKUGAKU ZASSHI 巻: 140 ページ: 1299-1303
• [雑誌論文] Nascent SecM chain interacts with outer ribosomal surface to stabilize translation arrest (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Ryo Iizuka, Tatsuya Niwa, Yuanfang Guo, Hideki Taguchi, Takashi Funatsu
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 477 号: 2 ページ: 557-566
  • DOI: 10.1042/bcj20190723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ナノ・マイクロ構造体を利用した蛍光イメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 70 ページ: 228-233
• [雑誌論文] Construction of integrated gene logic-chip (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeya Masubuchi, Masayuki Endo, Ryo Iizuka, Ayaka Iguchi, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Hao Qi, Ryosuke Iinuma, Yuya Miyazono, Shuichi Shoji, Takashi Funatsu, Hiroshi Sugiyama, Yoshie Harada, Takuya Ueda, Hisashi Tadakuma
  • 雑誌名: Nat. Nanotechnol. 巻: 13 号: 10 ページ: 933-940
  • DOI: 10.1038/s41565-018-0202-3
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 変形能を利用した液滴ソーターによるアガロース分解酵素産_菌ゲノムの獲得 (2022)
  • 著者名/発表者名: 牟田 幹悠，斉藤 開，飯塚 怜，川久保 渉，尹 棟鉉，関口 哲志，庄子 習一，伊藤 芽，秦田 勇二，船津 高志
  • 学会等名: 第16回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 深海性二枚貝シチヨウシンカイヒバリガイにおける化学合成細菌を共生させる鰓上皮細胞のユニークな構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 甘利 友花, 多米 晃裕，高木 善弘，津田 美和子，飯塚 怜，船津 高志，吉田 尊雄，生田 哲朗
  • 学会等名: 第92回日本動物学会
• [学会発表] An efficient method to obtain fluorogenic RNA aptamers based on ability to activate fluorescence (2021)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ito, Ryo Iizuka, Sotaro Uemura
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Screening of agarolytic microbial cells with a deformability-based microfluidic microdroplet sorting device (2021)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Kai Saito, Ryo Iizuka, Wataru Kawakubo, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Mei Ito, Yuji Hatada, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Development of a method for quantitative profiling of microRNAs in single exosomes (2021)
  • 著者名/発表者名: Cinya Chung, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Deformability-based microfluidic microdroplet sorting as a platform for screening single agarolytic bacterial cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka, Mikihisa Muta, Kai Saito, Dong Hyun Yoon, Yuji Hatada, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PacifiChem 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Isolation and analysis of cells, organelles and molecules using microfluidic microdroplets (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka
  • 学会等名: The 24th SANKEN International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 油中水滴の変形能を利用した高分子ゲル分解微生物のスクリーニング (2021)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜, 牟田 幹悠, 斉藤 開, 船津 高志, 川久保 渉, 庄子 習一, 尹 棟鉉, 関口 哲志, 伊藤 芽, 秦田 勇二
  • 学会等名: 第32回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] Isolation and analysis of specific cells and subcellular structures using microfluidic microdroplets (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka
  • 学会等名: Serendipity seminar
  • 招待講演
• [学会発表] Direct observation of force-induced release of SecM translation arrest (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhuohao Yang, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Culture-independent method for screening macromolecule-degrading microbes using deformability-based microfluidic microdroplet sorting (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Kai Saito, Ryo Iizuka, Wataru Kawakubo, Hyun Yoon Dong, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Mei Ito, Yuji Hatada, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] DEFORMABILITY-BASED MICROFLUIDIC MICRODROPLET SORTING AS A SCREENING METHOD FOR SINGLE AGAROLYTIC BACTERIAL CELLS (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Kai Saito, Ryo Iizuka, Wataru Kawakubo, Dong Hyun Yoon, Mei Ito, Yuji Hatada, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Takashi Funatsu
  • 学会等名: The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ・マイクロ空間を利用した生体分子の反応機構解析・探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 第1343回生物科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Nascent SecM chain stabilizes the translation arrest by interacting with the outer surface of the ribosome (2019)
  • 著者名/発表者名: 牟田 幹悠, 飯塚 怜, 丹羽 達也, 田口 英樹, 船津 高志
  • 学会等名: 第19回東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] Gタンパク質共役型受容体ペプチドアゴニスト創出法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 第12回ナノバイオ若手ネットワーキングシンポジウム
• [学会発表] 微生物一細胞の酵素活性を見える化してその遺伝子を取得する (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜，牟田 幹悠，斉藤 開，川久保 渉, 尹 棟鉉, 関口 哲志, 庄子 習一, 伊藤 芽, 秦田 勇二, 船津 高志
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2019年度大会
• [学会発表] 油中水滴を利用した標的微生物のシングルセルゲノミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜，船津 高志
  • 学会等名: シングルセルゲノミクス研究会2019
• [学会発表] ナノ・マイクロデバイスと1分子検出顕微鏡を用いた生体分子の機能解析と新機能創生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 第63回日本薬学会関東支部大会
  • 招待講演
• [学会発表] Isolation and analysis of specific cells, organelles and supramolecular complexes using microfluidic microdroplets (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a method for quantitative profiling of microRNAs in single exosomes (2019)
  • 著者名/発表者名: Cinya Chung, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Feasibility study of the method to obtain peptide agonists for G protein-coupled receptors using water-in-oil microdroplets (2019)
  • 著者名/発表者名: Anna Matsueda, Takashi Sakurai, Ryo Iizuka, Yasuyuki Nakamura, Jun Ishi, Akihiro Kondo, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Syuichi Syoji, Soichiro Tsuda, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Deformability-based microfluidic droplet screening to obtain microbes producing macromolecule-degrading enzymes (2019)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Kai Saito, Ryo Iizuka, Wataru Kawakubo, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Mei Ito, Yuji Hatada, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Releasing SecM translation arrest and observing resumed translation using magnetic tweezers (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhuohao Yang, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 微生物１細胞の酵素活性を検出してその遺伝子を取得する (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜, 船津 高志
  • 学会等名: 第37回農薬環境科学研究会
• [学会発表] Emerged nascent SecM chain stabilizes the translation arrest by interacting with the exoerior surface of the ribosome (2019)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Ryo Iizuka, Tatsuya Niwa, Hideki Taguchi, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 63rd Annual Meeting of the Biophysical Society (BPS19)
  • 国際学会
• [学会発表] 望む形質・形態を有する細胞・小器官・分子複合体を単離して解析する (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 形態解析ワークショップ － 多様な顕微鏡を用いて
  • 招待講演
• [学会発表] Gタンパク質共役型受容体ペプチドアゴニスト創出法のハイスループット化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松枝 杏奈，櫻井 貴志，飯塚 怜，中村 泰之，石井 純，近藤 昭彦，井口 彩香，尹 棟鉉，関口 哲志，庄子 習一，藤村 祐，赤木 仁，石毛 真行，船津 高志
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] 油中水滴内の微生物の酵素活性を見える化してその遺伝子を取得する (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜，牟田 幹悠，斉藤 開，川久保 渉, 尹 棟鉉, 関口 哲志, 庄子 習一, 伊藤 芽, 秦田 勇二, 船津 高志
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] 油中水滴の変形能を利用したバイオマス分解酵素微生物のスクリーニング (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 第11回ナノバイオ若手ネットワーキングシンポジウム
• [学会発表] Photocontrol of ribosome movement on mRNA using reversible photocrosslinking strategy (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka, Shunsuke Yamashiro, Takashi Funatsu
  • 学会等名: International Symposium on Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Releasing SecM translation arrest and observing resumed translation using optical tweezers (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhuohao Yang, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: International Symposium on Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of a +1 frameshift observed during TnaC-mediated ribosome stalling (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Shinozawa, Ryo Iizuka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: International Symposium on Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Stabilization mechanism of SecM translation arrest (2018)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Ryo Iizuka, Tatsuya Niwa, Hideki Taguchi, Takashi Funatsu
  • 学会等名: International Symposium on Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] イメージングを基軸としたタンパク質の機能解析および探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 第27回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of the frameshift depending on TnaC-mediated ribosome stalling (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Shinozawa, Ryo Iizka, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Analysis of the stabilization mechanism of SecM-mediated translation arrest (2018)
  • 著者名/発表者名: Mikihisa Muta, Ryo Iizuka, Takashi Funatu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Single-molecule analysis of actin polymerization using linear zero-mode waveguides (2018)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Fujii, Ryo Iizuka, Masamichi Yamamoto, Makoto Tsunoda, Takashi Tanii, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Droplet-based microfluidic screening for obtaining microbes producing macromolecule-degrading enzymes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Iizuka, Kai Saito, Eiji Shigihara, Wataru Kawakubo, Daiki Tanaka, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Mei Ito, Yuji Hatada, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] High-throughput in vitro selection method for obtaining peptide agonists of G protein-coupled receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Anna Matsueda, Takashi Sakurai, Ryo Iizuka, Yasuyuki Nakamura, Jun Ishii, Akihiko Kondo, Ayaka Iguchi, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Shuichi Shoji, Yuu Fujimura, Jin Akagi, Masayuki Ishige, Takashi Funatsu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 微生物の酵素活性を「見える化」して酵素を取得する (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: リバネスStartup Factoryセミナー（小さな生き物による大きな世界貢献 未来を作る微生物応用技術）
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ・ナノ空間を利用した酵素の探索・反応機構解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜
  • 学会等名: 酵素工学研究会 第80回講演会
  • 招待講演
• [図書] 先端の分析法 第2版 第9節 その他 第1項 次世代シーケンサー (2022)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜，上村 想太郎
  • 総ページ数: 1072
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437374
• [図書] 固定化リボソームを用いたタンパク質合成の一分子イメージング （In 細胞・生体分子の固定化と機能発現） (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯塚 怜, 船津 高志
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313269
• [備考] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/ryoiizuka
• [備考] ORCiD
• [備考] 東京大学大学院薬学系研究科生体分析化学教室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~funatsu/